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纳米抗体Nanobody研发格局研究报告

 一、纳米抗体简介

在骆驼和羊驼体内会产生一种独特的抗体：缺失轻链的重链抗体（HcAb）。通常把源于这种抗体的可变区片段称为纳米抗体（Nanobody）。纳米抗体具有高亲和力和高特异性的特点，而免疫原性（尽管非人源，但免疫原性很低）和毒性则非常低，且不像scFv那样容易粘连。本文梳理Nanobody的临床研究进展的适用范围。

纳米抗体为重链抗体的可变区部分VHH（骆驼重链抗体的重链可变区，因而命名VHH），分子量只有12~15kDa，稳定性明显优于人抗体。纳米抗体同样含有3个CDR，其中CDR3对亲和力起到主要作用。与人抗体VH相比，CDR3更长，可以形成凸环结构，能够深入抗原内部更好的结合抗原，因而亲和力更高。此外，VHH的FR2的疏水残基被亲水残基取代，水溶性更好，不易形成聚集体。

注：FR2的四个氨基酸突变可以实现骆驼抗体的人源化。

当然，纳米抗体存在半衰期短的劣势，需要采取延长半衰期的改造措施，如Fc融合、PEG化、白蛋白融合等。

纳米抗体的特殊结构特征，使得其应用范围大为拓展：1）纳米抗体结构简单，可以利用大肠杆菌和酵母进行高效表达。纳米抗体也可以在益生菌如乳酸菌中高效表达，即Lactobody；2）由于是单域抗体，很容易与其他分子偶联，如连接放射性同位素、连接毒素制备Immunotoxin等；3）适合作为胞内抗体表达，即Intrabody，可以靶向胞内乃至核内蛋白。Chromobody是一种特殊的胞内抗体，结构为纳米抗体与荧光蛋白融合，从而可以用于监测胞内生化过程。

纳米抗体也可以应用于药物递送系统中：

注：来自参考文献1

二、治疗性纳米抗体研究进展

自从1993年首次发现重链抗体，其抗原结合域纳米抗体就受到了广泛关注，关于纳米抗体的研究文献呈指数增加。2007年，首个纳米抗体进入临床研究，来自Ablynx、靶向vWF的ALX-0081。

Ablynx是治疗纳米抗体领域的绝对领先者，并与多家药企开展合作：默克、艾伯维、诺和诺德、勃林格殷格翰、诺华等。

2.1 自身免疫病

Vobarilizumab(ALX-0061)：IL-6在严重炎症性疾病中起到重要作用，靶向IL-6/IL-6R的抗体已经上市，靶向IL-6R的Vobarilizumab有望成为best-in-class的产品，现处于二期临床，。适应症包括RA、SLE。根据二期临床结果和其他同类药物的临床研究数据，Vobarilizumab的药效（ACR50）显着高于其他同类药物。Vobarilizumab现由Ablynx与艾伯维合作开发，里程碑金额8.4亿美元，其中预付款1.75亿美元。

Vobarilizumab包含两个结构域，抗IL-6R纳米抗体和抗白蛋白纳米抗体，后者赋予Vobarilizumab延长的半衰期。

Ozoralizumab(ATN-103)和ATN-192：TNF-α抗体颠覆了自身免疫病的治疗方案，Ablynx开发了人源化、trivalent的双特异性纳米抗体Ozoralizumab。在日本授权Taisho（大正制药）开发，处于二期临床研究，在大中华区授权亿腾医药开发，处于临床前研究。

Ozoralizumab含有3个纳米抗体结构域，其中2个靶向TNF，1个与白蛋白结合延长药物半衰期。

药学研究显示Ozoralizumab是一种TNF高亲和力的抗体，二期临床结果显示DAS28消退率38%，EULAR响应率97%。

ATN-192经过PEG修饰，是Ozoralizumab的长效化版本，一期临床已经成功结束。

ALX-0761：ALX-0761也是一种三价的纳米抗体，靶向IL-17A、IL-17F以及白蛋白（延长半衰期）。某些适应症如银屑病等，IL-17靶点抗体已经证实优于TNF-α，FDA已经批准了2个IL-17抗体Cosentyx、Taltz。ALX-0761已经成功完成Phase Ia临床，Phase Ib剂量爬坡试验正在进行中。2013年6月，Ablynx将ALX-0761授权给默克。

ALX-0962：IgE靶点抗体已经证实在过敏性哮喘中有效，奥马珠单抗是唯一上市的IgE抗体。Ablynx开发了靶向IgE的纳米抗体，同样与白蛋白结合的纳米抗体融合延长半衰期。药学研究结果显示，ALX-0962对IgE 的亲和力是奥马珠单抗的5倍，且对过敏原敏感性有消除作用。但随后的评估认为差异性不够明显而决定放弃进入临床研究开发。

2.2 癌症

ALX-0651：ALX-0651靶向趋化因子CXCR4的两个表位，是第一个进入临床的针对GPCR的生物药物。由于与标准疗法相比没有展现更好的药效，已经停止开发。

TAS266：DR5是癌细胞上诱导细胞死亡的关键受体，但许多靶向DR5的在研药物宣告失败，主要是由于传统抗体对DR5的聚集和激活程度不够。TAS266是四价的纳米抗体，可以高效的激活DR5，体内试验显示具有较强的抗肿瘤活性。可惜的是，由于意外的肝毒性已经停止开发，这种肝毒性可能是由于TAS266的免疫毒性引起。

2.3 血液疾病

Caplacizumab(ALX-0081)：靶向vWF的A1 domain，用于治疗血小板减少性紫癜（TTP），目前处于三期临床研究阶段。由于市场上并无该疾病的治疗药物，Caplacizumab成为同类第一的药物，2009年获得孤儿药资格。

二期临床研究TITAN中，Caplacizumab可以显着降低aTTP引起的发病率和死亡率。

Ablynx 预计Caplacizumab在2018年上市。

2.4 病毒感染

ALX-0171：ALX-0171靶向呼吸道合胞病毒（RSV），用于治疗RSV感染，为一种吸入剂，剂型上有明显优势。

ALX-0171是一种三价的纳米抗体，其活性明显高于帕利珠单抗。

Ablynx大力推进ALX-0171在婴儿群体的应用，RSV感染对于婴儿来说非常常见，但目前没有可用的药物，Synagis只用于高危婴儿的RSV感染预防。

ARP1：轮状病毒（RV）引起的腹泻对于儿童来说是一个严重的问题，每年有超过1.25亿例的发病数。纳米抗体ARP1已经证实在鼠体内有效，一期临床已经成功结束，目前在印度已经开始了Phase II/III临床，目前尚未披露结果。

2.5 骨科疾病

ALX-0141：ALX-0141为一种三价纳米抗体：2个靶向RANKL的纳米抗体和1个与白蛋白结合的纳米抗体。靶向RANKL的抗体狄诺塞麦已经在骨质疏松适应症取得了成功，ALX-0141目前已经授权亿腾医药开发，新代码为EDP406。

2.6 神经退行性疾病

BI1034020：三价纳米抗体，靶向Aβ，小鼠体内试验证实显着降低游离Aβ。但在一期临床研究中第一例病人即发生严重副作用，导致该项目停止开发。

三、纳米抗体广阔的应用范围

除了上文介绍的进入临床研究阶段的纳米抗体，还有诸多在研纳米抗体应用于不同的治疗范围。

3.1 抗肿瘤：传统抗体已经在癌症领域发挥了巨大作用，尤其是开启了靶向治疗的时代。传统抗体含有Fc域，可以通过ADCC、CDC活性等杀死癌细胞。但传统抗体的分子量高达150kDa，穿透性较差，有时候难以到达目标组织。同时，复杂的结构导致的高成本，导致抗体药物可及性难以保证。Fc域的缺失使得安全性得以提高，在作为纯粹的免疫调节分子时，纳米抗体的有效性也会提高。纳米抗体的小分子量，使得其容易达到渗透到某些难以达到的癌变组织，分布均一性更好。

作用机制上，纳米抗体可以作为纯粹阻断剂，可以偶联毒素等，也可以形成纳米颗粒在癌变区域渗透进组织。

药企相继开发了靶向EGFR， HER2， VEGFR2， c-Met， CXCR7等的抗肿瘤纳米抗体。

3.2 抗感染纳米抗体

抗病毒感染：纳米抗体可以通过阻断病毒-细胞结合、病毒进入、病毒包被等过程，防止病毒的扩散。

抗细菌感染：抗生素是治疗细菌感染的主要途径，但随着抗性菌的快速出现，急需新的治疗手段。纳米抗体可以通过结合细菌表面的蛋白，阻止细菌与宿主细胞的结合。

抗寄生虫感染：抗寄生虫纳米抗体虽然晚近才出现，但受到持续关注。经常研究的是抗非洲锥虫感染的纳米抗体Nb An46。由于非洲锥虫一般能够发展出免疫调节系统以应对抗体的清除作用，有必要开发能结合VSG保留表位的纳米抗体药物。

解毒剂：尽管抗蛇毒抗体已经取得了一些好的结果，仍有必要进一步开发高亲和力的纳米抗体，这是因为纳米抗体可以更广泛的分布到各组织中，起到更好的解毒效果。

3.3 抗炎症性疾病

炎症性疾病发病率高，患者基数大。现有的抗炎症抗体通常价格高昂，同时伴随着诸多副作用。开发成本更低的、选择性更好的纳米抗体就显得很有必要。如TNF受体包括2种亚型：TNFR1、TNFR2。TNFR1更多参与炎症前的信号传导，TNFR2则在免疫调节中发挥重要作用，TNFR2的抑制带来诸多副作用。已经有企业开发了特异性抑制TNFR1的三价纳米抗体，已经在体外证实了其有效性，有待于进一步的体内实验检测器安全性和有效性。

纳米抗体在免疫调节中也有望取得更多进展。某些靶点如离子通道，对于T细胞的激活至关重要，但通常很难开发出小分子或抗体抑制剂。

Ablynx开发出靶向Kv1.3离子通道的纳米抗体，尽管Kv1.3的保外区域很小，纳米抗体技术仍然筛选到高亲和力的候选药物。

3.4 神经退行性疾病

纳米抗体应用于神经退行性疾病的研究并不是特别多（如前文介绍靶向Aβ的纳米抗体），但仍有潜力待开发。如血脑屏障是中枢神经系统疾病药物开发的一个重大障碍，已有几篇文献报道一些纳米抗体可以穿透血药屏障。

四、竞争格局

近年来，纳米抗体的发展备受关注。Ablynx将纳米抗体药物开发推到了全新的高度，多达40多个候选药物，应用于癌症、自身免疫病、呼吸系统疾病、血液系统疾病等多个不同领域。Ablynx在纳米抗体领域拥有绝对的领导地位，同时与多家药企开展合作：诺华、诺和诺德、默克、默沙东、艾伯维、勃林格殷格翰、亿腾医药等。

知识产权方面，Ablynx申请了500多项专利，构建了森严的专利网络壁垒，并在全球范围内注册了Nanobody？、Nanoclone？的商标。

工艺方面，Ablynx建立了成熟的毕赤酵母表达和纯化工艺。

国内方面，一些企业也积极开发纳米抗体，如康宁杰瑞与东南大学合作，建立了免疫来源的骆驼纳米抗体噬菌体展示筛选平台。康宁杰瑞利用该平台开发的PD-L1抗体KN035，已于2016年4月申报临床并获得受理，该产品常温稳定。目前主要由其合作方思路迪继续开发，后续开发中将与深圳微芯合作，与西达本胺联用，同时将在中美同时推进。更多信息可参见前文：从PD-1/PD-L1抗体看国内生物药研发形势的变化。

纳米抗体的独特性质和低成本使其应用范围大为拓展，尤其是某些传统方法难以解决的靶点、患者基数大的慢病用药、副作用大的标准疗法等，给纳米抗体带来了巨大的市场机会。期待纳米抗体药物陆续上市，造福患者。

参考资料

1. Nanobodies as therapeutics：big opportunities for small antibodies(2016)；

2. Nanobody-based cancer therapy of solid tumors(2015)；

3. Http：//www.ablynx.com

4. Http：//www.alphamab.com/